Гісторыя машын для экструзіі пластмас

Экструзія пластмас - гэта вытворчы працэс вялікіх аб'ёмаў, у якім сырой пластык расплаўляецца і фарміруецца ў суцэльны профіль.Экструзія вырабляе такія вырабы, як трубы / трубы, герметызацыя, агароджы, парэнчы, аконныя рамы, пластыкавыя плёнкі і лісты, тэрмапластычныя пакрыцця і ізаляцыя правадоў.
Гэты працэс пачынаецца з падачы пластычнага матэрыялу (пеллеты, гранулы, шматкі або парашкі) з бункера ў ствол экструдара.Матэрыял паступова плавіцца за кошт механічнай энергіі, якая выпрацоўваецца пры закручванні шруб і награвальнікамі, размешчанымі ўздоўж ствала.Затым расплаўлены палімер загружаюць у штампу, якая надае палімеру форму, якая зацвярдзее падчас астуджэння.

ГІСТОРЫЯ

news1 (1)

Экструзія труб
Першыя папярэднікі сучаснага экструдара былі распрацаваны ў пачатку 19 стагоддзя.У 1820 годзе Томас Хэнкок вынайшаў гумовы «жавальнік», прызначаны для перапрацоўкі апрацаваных гумовых адходаў, а ў 1836 годзе Эдвін Чафі распрацаваў двухвальцевую машыну для змешвання дабавак у гуму.Першая тэрмапластычная экструзія была зроблена ў 1935 годзе Полам Трастэрам і яго жонкай Эшлі Гершоф у Гамбургу, Германія.Неўзабаве пасля гэтага Раберта Каломба з LMP распрацаваў першыя двухшнековые экструдары ў Італіі.

ПРАЦЭС
Пры экструзіі пластмас сыравіна звычайна ў выглядзе нурд (дробных шарыкаў, якія часта называюць смалой), якія пад дзеяннем сілы цяжару падаюць з бункера, усталяванага зверху, у ствол экструдара.Часта выкарыстоўваюцца такія дабаўкі, як фарбавальнікі і інгібітары ультрафіялету (у вадкай або ў форме гранул), якія могуць быць змешаныя ў смалу да прыбыцця ў бункер.Працэс мае шмат агульнага з ліццём пластыка пад ціскам з пункту гледжання тэхналогіі экструдара, хоць ён адрозніваецца тым, што звычайна гэта бесперапынны працэс.У той час як пултрузія можа прапанаваць мноства падобных профіляў бесперапыннай даўжыні, як правіла, з дадатковым узмацненнем, гэта дасягаецца шляхам выцягвання гатовага прадукту з штампоўкі замест экструзіі расплаву палімера праз штампоўку.

Матэрыял трапляе праз горла падачы (адтуліну ў задняй частцы ствала) і датыкаецца з шрубам.Які верціцца шруба (звычайна круціцца, напрыклад, 120 абаротаў у хвіліну) прымушае пластыкавыя шарыкі наперад у нагрэты ствол.Жаданая тэмпература экструзіі рэдка бывае роўная зададзенай тэмпературы ствала з-за глейкага нагрэву і іншых эфектаў.У большасці працэсаў для ствала ўсталёўваецца профіль нагрэву, у якім тры або больш незалежных зон награвальніка, кіраваных PID, паступова павялічваюць тэмпературу ствала ад задняй часткі (куды паступае пластык) да пярэдняй.Гэта дазваляе пластыкавым шарыкам паступова плавіцца, калі яны праштурхоўваюцца праз ствол, і зніжае рызыку перагрэву, які можа выклікаць дэградацыю палімера.

Дадатковае цяпло спрыяе інтэнсіўнаму ціску і трэнню, якія адбываюцца ўнутры ствала.На самай справе, калі экструзійная лінія працуе з пэўнымі матэрыяламі досыць хутка, награвальнікі могуць быць адключаны, а тэмпература расплаву падтрымліваецца толькі за кошт ціску і трэння ўнутры ствала.У большасці экструдараў прысутнічаюць вентылятары астуджэння, каб падтрымліваць тэмпературу ніжэй зададзенага значэння, калі выпрацоўваецца занадта шмат цяпла.Калі прымусовае паветранае астуджэнне аказваецца недастатковым, то выкарыстоўваюцца адліўныя кашулі астуджэння.

news1 (2)

Пластыкавы экструдар разрэзаць напалову, каб паказаць кампаненты
У пярэдняй частцы ствала расплаўлены пластык пакідае шрубу і праходзіць праз экран для выдалення любых забруджванняў у расплаве.Экраны ўзмоцнены разбойнай пласцінай (тоўстая металічная шайба з мноствам адтулін), так як ціск у гэтай кропцы можа перавышаць 5000 фунтаў на квадратны дюйм (34 МПа).Узел экрана/разбойнай пласціны таксама служыць для стварэння супрацьціску ў ствале.Для раўнамернага плаўлення і правільнага змешвання палімера патрабуецца проціціск, і тое, колькі ціску ствараецца, можна «наладзіць», змяняючы склад экрана (колькасць экранаў, памер іх перапляцення і іншыя параметры).Гэтая камбінацыя выключальніка і экрана таксама ліквідуе «паваротную памяць» расплаўленага пластыка і стварае замест гэтага «падоўжную памяць».
Пасля праходжання праз пласціну разбойніка расплаўлены пластык трапляе ў штамп.Фільтр - гэта тое, што надае канчатковаму прадукту яго профіль, і ён павінен быць распрацаваны так, каб расплаўлены пластык раўнамерна перацякаў ад цыліндрычнага профілю да формы профілю прадукту.Нераўнамерны паток на гэтай стадыі можа прывесці да атрымання прадукту з непажаданымі рэшткавымі напружаннямі ў пэўных кропках профілю, якія могуць выклікаць дэфармацыю пры астуджэнні.Можна ствараць самыя разнастайныя формы, абмежаваныя суцэльнымі профілямі.

Зараз прадукт неабходна астудзіць, і звычайна гэта дасягаецца шляхам выцягвання экструдата праз вадзяную лазню.Пластмасы з'яўляюцца вельмі добрымі цеплаізалятарам і таму іх цяжка хутка астудзіць.У параўнанні са сталлю пластык адводзіць цяпло ў 2000 разоў павольней.У экструзійнай лініі труб або труб на герметычную вадзяную лазню дзейнічае старанна кантраляваны вакуум, каб не дапусціць разбурэння толькі што ўтворанай і яшчэ расплаўленай трубкі або трубы.Для такіх прадуктаў, як пластыкавы ліст, астуджэнне дасягаецца шляхам выцягвання праз набор астуджальных валкоў.Для плёнак і вельмі тонкіх лістоў паветранае астуджэнне можа быць эфектыўным у якасці пачатковай стадыі астуджэння, як пры экструзіі плёнкі з выдувом.
Пластыкавыя экструдары таксама шырока выкарыстоўваюцца для перапрацоўкі перапрацаваных пластыкавых адходаў або іншай сыравіны пасля ачысткі, сартавання і/або змешвання.Гэты матэрыял звычайна экструдуюць у ніткі, прыдатныя для здрабнення ў шарык або гранулы, якія выкарыстоўваюць у якасці папярэдніка для далейшай апрацоўкі.

ВІНТОВЫ ДЗАЙН
Ёсць пяць магчымых зон у тэрмапластычным шрубе.Паколькі тэрміналогія не стандартызаваная ў галіны, розныя назвы могуць адносіцца да гэтых зон.Розныя тыпы палімера будуць мець розную канструкцыю шруб, некаторыя з іх не ўключаюць усе магчымыя зоны.

news1 (3)

Просты пластыкавы экструзійны шнек

news1 (4)

Шрубы экструдара з Бостана Мэцьюз
Большасць шруб маюць гэтыя тры зоны:
● Зона падачы (таксама называецца зонай транспарціроўкі цвёрдых рэчываў): гэтая зона пастаўляе смалу ў экструдар, і глыбіня канала звычайна аднолькавая па ўсёй зоне.
● Зона плаўлення (таксама званая пераходнай або зонай сціску): большая частка палімера плавіцца ў гэтым участку, і глыбіня канала становіцца ўсё меншай.
● Зона дазавання (таксама называецца зонай транспарціроўкі расплаву): у гэтай зоне плавяцца апошнія часціцы і змешваюцца да аднастайнай тэмпературы і складу.Як і зона падачы, глыбіня канала пастаянная ва ўсёй гэтай зоне.
Акрамя таго, вентыляцыйны (двухступенчаты) шруба мае:
● Зона дэкампрэсіі.У гэтай зоне, прыкладна на дзве траціны ад шрубы, канал раптам становіцца глыбей, што зніжае ціск і дазваляе любым захопленым газам (вільгаць, паветра, растваральнікі або рэагенты) выцягвацца з дапамогай вакууму.
● Другая зона вымярэння.Гэтая зона падобная на першую зону вымярэння, але з большай глыбінёй канала.Ён служыць для папраўкі ціску ў расплаве, каб прайсці праз супраціў экранаў і фільеры.
Часта даўжыня шрубы спасылаецца на яго дыяметр як стаўленне L:D.Напрыклад, шруба дыяметрам 6 цаляў (150 мм) у 24:1 будзе мець даўжыню 144 цалі (12 футаў), а пры 32:1 — 192 цалі (16 футаў).Суадносіны L:D 25:1 з'яўляюцца звычайнымі, але некаторыя машыны даходзяць да 40:1 для большага змешвання і большага выхаду пры тым жа дыяметры шнека.Двухступенчатыя (вентыляцыйныя) шрубы звычайна 36:1 для ўліку дзвюх дадатковых зон.
Кожная зона абсталявана адной або некалькімі тэрмапарамі або RTD у сценцы ствала для кантролю тэмпературы.Тэмпературны профіль, гэта значыць тэмпература кожнай зоны, вельмі важная для якасці і характарыстык канчатковага экструдата.

ТЫПОВЫЯ ЭКСТРУЗІЙНЫЯ МАТЭРЫЯЛЫ

news1 (5)

Труба ПНД падчас экструзіі.Матэрыял HDPE паступае з награвальніка, у штампу, затым у бак для астуджэння.Гэтая трубаправода Acu-Power сумесна экструдаваная - чорная ўнутры з тонкай аранжавай абалонкай для пазначэння сілавых кабеляў.
Тыповыя пластыкавыя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца пры экструзіі, уключаюць, але не абмяжоўваюцца імі: поліэтылен (ПЭ), поліпрапілен, ацэталь, акрыл, нейлон (поліаміды), полістырол, полівінілхларыд (ПВХ), акрыланітрыл-бутадыенстырол (АБС) і полікарбанат.[4] ]

ВІДЫ ПАМЕРЦІ
Ёсць мноства штампаў, якія выкарыстоўваюцца ў экструзіі пластмас.Нягледзячы на ​​тое, што паміж тыпамі і складанасцю штампаў могуць быць істотныя адрозненні, усе штампы дазваляюць ажыццяўляць бесперапынную экструзію расплаву палімера, у адрозненне ад бесперапыннай апрацоўкі, такой як ліццё пад ціскам.
Выдувная экструзія плёнкі

news1 (6)

Выдувная экструзія пластыкавай плёнкі

Вытворчасць пластыкавай плёнкі для такіх прадуктаў, як гандлёвыя сумкі і бесперапынныя лісты, ажыццяўляецца з дапамогай лініі выдува плёнкі.
Гэты працэс такі ж, як і звычайны працэс экструзіі да самай формы.Ёсць тры асноўных тыпу штампаў, якія выкарыстоўваюцца ў гэтым працэсе: кальцавыя (або крыжавіны), павуціныя і спіральныя.Кальцавыя штампы з'яўляюцца самымі простымі і абапіраюцца на тое, што палімерны расплав праходзіць па ўсім папярочным сячэнні штампы перад выхадам з штампоўкі;гэта можа прывесці да нераўнамернага патоку.Павуковыя плашчакі складаюцца з цэнтральнай апраўкі, прымацаванай да вонкавага кольцы матрицы з дапамогай шэрагу «ножак»;у той час як паток больш сіметрычны, чым у колцавых штампах, утвараецца шэраг зварных швоў, якія аслабляюць плёнку.Спіральныя штампы ліквідуюць праблему зварных ліній і асіметрычнага патоку, але на сённяшні дзень з'яўляюцца самымі складанымі.

Расплав некалькі астуджаюць перад выхадам з фільеры, каб атрымаць слабую паўцвёрдую трубку.Дыяметр гэтай трубкі хутка пашыраецца пад дзеяннем ціску паветра, і трубка цягнецца ўверх з дапамогай ролікаў, расцягваючы пластык як у папярочным напрамках, так і ў напрамках выцяжкі.Выцягванне і прадзіманне прымушаюць плёнку быць танчэй, чым экструдаваная трубка, а таксама пераважна выраўноўвае палімерныя малекулярныя ланцужкі ў напрамку, які бачыць найбольшую пластычную дэфармацыю.Калі плёнка выцягваецца больш, чым яна выдзімаецца (канчатковы дыяметр трубкі блізкі да дыяметра экструдаванага), малекулы палімера будуць моцна выраўнаваны з напрамкам выцягвання, утвараючы плёнку, якая будзе моцнай у гэтым кірунку, але слабай у папярочным кірунку. .Плёнка, якая мае значна большы дыяметр, чым дыяметр экструдаванага, будзе мець большую трываласць у папярочным кірунку, але меншую ў кірунку выцягвання.
У выпадку з поліэтыленам і іншымі паўкрышталічнымі палімерамі плёнка па меры астывання крышталізуецца на так званай лініі замерзання.Калі плёнка працягвае астываць, яна працягваецца праз некалькі набораў прыціскных ролікаў, каб расплюшчыць яе ў плоскія трубкі, якія затым можна наматаць на катушку або разрэзаць на два або больш рулонаў лісты.

Экструзія ліста/плёнкі
Экструзія лістоў/плёнак выкарыстоўваецца для экструзіі пластыкавых лістоў або плёнак, якія занадта тоўстыя для выдзімання.Выкарыстоўваюцца два тыпу штампаў: Т-вобразныя і плечыкі.Мэта гэтых штампаў - пераарыентаваць і накіраваць паток палімернага расплаву з аднаго круглага выхаду з экструдара ў тонкі плоскі плоскі паток.У абодвух тыпах штампаў забяспечваюць пастаянны, раўнамерны паток па ўсёй плошчы папярочнага перасеку штампа.Астуджэнне звычайна адбываецца шляхам выцягвання праз набор астуджальных валкоў (календарных або «ахалоджальных» валкоў).Пры экструзіі лістоў гэтыя валкі не толькі забяспечваюць неабходнае астуджэнне, але і вызначаюць таўшчыню ліста і тэкстуру паверхні.[7]Часта сумесная экструзія выкарыстоўваецца для нанясення аднаго або некалькіх слаёў на базавы матэрыял для атрымання пэўных уласцівасцяў, такіх як паглынанне ультрафіялету, тэкстура, устойлівасць да пранікнення кіслароду або адлюстраванне энергіі.
Звычайным працэсам пасля экструзіі для пластыкавых лістоў з'яўляецца тэрмафармаванне, пры якім ліст награваюць да мяккасці (пластыка) і фармуюць праз форму ў новую форму.Калі выкарыстоўваецца вакуум, гэта часта апісваецца як вакуумнае фарміраванне.Арыентацыя (г.зн. здольнасць/даступная шчыльнасць ліста для прыцягнення да формы, якая звычайна можа вар'іравацца ў глыбіні ад 1 да 36 цаляў) вельмі важная і моцна ўплывае на час цыклу фарміравання для большасці пластмас.

Экструзія труб
Экструдаваныя трубы, такія як трубы з ПВХ, вырабляюцца з выкарыстаннем вельмі падобных штампаў, якія выкарыстоўваюцца пры экструзіі плёнкі.Станоўчы ціск можа быць прыменены да ўнутраных паражнін праз штыфт, або адмоўнае ціск можа быць прыменена да вонкавага дыяметра з дапамогай вакуумнага мерніка для забеспячэння правільных канчатковых памераў.Дадатковыя прасветы або адтуліны могуць быць уведзены, дадаючы адпаведныя ўнутраныя апраўкі ў штампу.

news1 (7)

Медыцынская экструзійная лінія Boston Matthews
Прымяненне шматслаёвых труб таксама заўсёды прысутнічае ў аўтамабільнай прамысловасці, індустрыі сантэхнікі і ацяплення і ўпакавай прамысловасці.

Па-над курткі экструзіі
Экструзія паверхняй абалонкі дазваляе наносіць вонкавы пласт пластыка на існуючы провад або кабель.Гэта тыповы працэс ізаляцыі правадоў.
Існуюць два розных тыпу інструментаў, якія выкарыстоўваюцца для нанясення пакрыцця на дрот, трубку (або абалонку) і ціск.У ашалёўцы інструментаў палімерны расплав не датыкаецца з унутраным дротам, пакуль непасрэдна перад вусамі штампа.Пры працы пад ціскам расплав уступае ў кантакт з унутраным дротам задоўга да таго, як ён дасягне вуснаў матрицы;гэта робіцца пры высокім ціску, каб забяспечыць добрае счапленне расплаву.Калі патрабуецца цесны кантакт або адгезія паміж новым пластом і існуючай дротам, выкарыстоўваецца інструмент для ціску.Калі адгезія не пажаданая/неабходная, замест гэтага выкарыстоўваецца інструмент для ашалёўкі.

Суэкструзія
Суэкструзія - гэта экструзія некалькіх слаёў матэрыялу адначасова.Гэты тып экструзіі выкарыстоўвае два або больш экструдараў для расплаўлення і забеспячэння стабільнай аб'ёмнай прапускной здольнасці розных глейкіх пластыкаў да адной экструзійнай галоўкі (штампу), якая будзе экструдаваць матэрыялы ў патрэбнай форме.Гэтая тэхналогія выкарыстоўваецца для любога з апісаных вышэй працэсаў (выдувная плёнка, накладка, трубы, ліст).Таўшчыня пласта кантралюецца адноснай хуткасцю і памерамі асобных экструдараў, якія дастаўляюць матэрыялы.

5 : 5 Слой сумеснай экструзіі касметычнай «сціскання» цюбіка
У многіх рэальных сцэнарах адзін палімер не можа задаволіць усе патрабаванні прыкладання.Змешаная экструзія дазваляе экструдаваць змешаны матэрыял, але сумесная экструзія захоўвае асобныя матэрыялы ў выглядзе розных слаёў у экструдаваным прадукце, што дазваляе правільна размяшчаць матэрыялы з рознымі ўласцівасцямі, такімі як пранікальнасць кіслароду, трываласць, калянасць і зносаўстойлівасць.
Экструзійнае пакрыццё
Экструзійнае нанясенне пакрыцця з'яўляецца выкарыстаннем працэсу выдзімання або ліцця плёнкі для нанясення дадатковага пласта на існуючы рулон з паперы, фальгі або плёнкі.Напрыклад, гэты працэс можна выкарыстоўваць для паляпшэння характарыстык паперы, пакрыўшы яе поліэтыленам, каб зрабіць яе больш устойлівай да вады.Экструдаваны пласт таксама можна выкарыстоўваць у якасці клею для злучэння двух іншых матэрыялаў.Тэтрапак - камерцыйны прыклад гэтага працэсу.

СКЛАДНЫЯ ЭКСТРУЗІІ
Экструзія кампаундаў - гэта працэс, які змешвае адзін або некалькі палімераў з дадаткамі для атрымання пластычных злучэнняў.Падача можа ўяўляць сабой гранулы, парашок і/або вадкасць, але прадукт звычайна ў выглядзе гранул, які выкарыстоўваецца ў іншых працэсах фарміравання пластмас, такіх як экструзія і ліццё пад ціскам.Як і ў традыцыйнай экструзіі, існуе шырокі дыяпазон памераў машыны ў залежнасці ад прымянення і жаданай прапускной здольнасці.У той час як пры традыцыйнай экструзіі могуць выкарыстоўвацца адна- або двухшнековыя экструдары, неабходнасць адэкватнага змешвання ў сумесі экструзіі робіць двухшнековые экструдары амаль абавязковымі.

ВІДЫ ЭКСТРАДАР
Ёсць два падтыпу двухшнековых экструдараў: якія верцяцца разам і супрацьпавяртаюцца.Гэтая наменклатура адносіцца да адноснага кірунку кручэння кожнага шрубы ў параўнанні з іншым.У рэжыме сумеснага кручэння абодва шрубы круцяцца па гадзіннікавай стрэлцы або супраць гадзіннікавай стрэлкі;у супрацьлеглым кручэнні адзін шруба круціцца па гадзіннікавай стрэлцы, а другі круціцца супраць гадзіннікавай стрэлкі.Было паказана, што для дадзенай плошчы папярочнага перасеку і ступені перакрыцця (перакрыцця) восевая хуткасць і ступень змешвання вышэй у сумесна круцячых падвойных экстрударах.Аднак нарастанне ціску вышэй у экстрударах, якія круцяцца супраць.Шнековая канструкцыя звычайна модульная, так як розныя элементы транспарціроўкі і змешвання размешчаны на валах, каб забяспечыць хуткую рэканфігурацыю для змены працэсу або замены асобных кампанентаў з-за зносу або карозійных пашкоджанняў.Памеры машыны вар'іруюцца ад 12 мм да 380 мм

ПЕРАВАГІ
Вялікай перавагай экструзіі з'яўляецца тое, што такія профілі, як трубы, можна вырабляць любой даўжыні.Калі матэрыял досыць гнуткі, трубы можна вырабляць на вялікіх адрэзках, нават згортваючы на ​​шпульку.Яшчэ адным перавагай з'яўляецца экструзія труб з убудаванай муфтай, уключаючы гумовы ўшчыльняльнік.


Час публікацыі: 25 лютага 2022 г